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Programmieren nach SPS und MLC

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<strong>Programmieren</strong> <strong>nach</strong><br />

EN 61131-3 2 nd ED<br />

<strong>SPS</strong> <strong>und</strong> <strong>MLC</strong><br />

Steuerung diskreter Prozesse 2


<strong>SPS</strong>-Technik <strong>und</strong> MotionControl<br />

Kennenlernen der speicherprogrammierbaren Steuerung (<strong>SPS</strong>) als wesentliches<br />

Realisierungsmittel von Automatisierungsaufgaben<br />

EN 61131-3 - Gr<strong>und</strong>lagen der objektorientierten Programmierung<br />

speicherprogrammierbarer Steuerungen.<br />

Basisliteratur: EN 61131-3, Kompendium mit wesentlichen Übersichten <strong>und</strong> Tabellen<br />

Programmierkonzept IndraLogic (Vorbereitung auf den ersten Praktikumsversuch)<br />

Programmierung in unterschiedlichen Programmiersprachen,<br />

Ablaufsprache (Petri-Netz), Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, Anweisungsliste, Strukturierter<br />

Text.<br />

Bedienung mittels interner HMI-Oberfläche (Mensch-Maschine-Schnittstelle)<br />

Erweiterung der klassischen <strong>SPS</strong>-Programmierung um die Motionkomponente.<br />

Gr<strong>und</strong>gedanken der Motion-Programmierung (Nutzung des intelligenten Antriebs)<br />

PLCopen - Industriestandard auf dem Gebiet der Motion-Programmierung,<br />

Ableitung der Anforderung an die MotionControl-Funktionsbausteine.<br />

Konfigurieren eines Systems <strong>und</strong> Realisierung von Bewegungen<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Motion-Logic-Control: Gerätefamilie - Übersicht<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Neu im Versuch <strong>MLC</strong><br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Konventionelle Antriebstechnik im Druckbereich<br />

Label- <strong>und</strong> Verpackungsdruck, Formulardruck,<br />

Großdruckmaschinen für Zeitungsdruck, Papierverarbeitungsmaschinen, u. a.<br />

Ein drehzahlgeregelter<br />

Hauptantrieb treibt die<br />

gesamte Maschine an<br />

Längs- <strong>und</strong> Stehwellen,<br />

Getriebe <strong>und</strong><br />

Zahnriemen verteilen das<br />

Antriebsdrehmoment an<br />

die Maschinenaggregate<br />

Die mechanische<br />

Kopplung erzwingt<br />

gleichzeitig den<br />

Synchronlauf aller<br />

Walzen<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Anleger Druckwerk 1<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

A<br />

G<br />

D<br />

Druckwerk 2 Druckwerk n<br />

A<br />

Hauptmotor<br />

G<br />

D<br />

.....<br />

A<br />

G<br />

D<br />

Rotations-<br />

Stanze


Heutige Antriebstechnik im Druckbereich<br />

Die Motion Control-Steuerkarte<br />

berechnet die aktuelle Position einer<br />

elektronischen Leit-Welle, die<br />

Leitachsposition.<br />

Die Positionssollwerte werden über<br />

Lichtwellenleiter an die<br />

Einzelantriebe übertragen. SERCOS<br />

interface<br />

(IEC 61491)<br />

32-Bit Auflösung <strong>und</strong> Genauigkeit<br />

Übertragung an alle Antriebe<br />

gleichzeitig<br />

Berechnung der elektronischen<br />

Getriebefunktion <strong>und</strong> der<br />

Lageregelung im Antrieb alle 250 µs<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Virtueller<br />

bzw.<br />

realer<br />

Master<br />

Hauptantrieb<br />

Elektronische Welle<br />

SERCOS interface<br />

Mechanische Welle<br />

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Heutige Antriebstechnik im Druckbereich: virtuelle Leitachse<br />

Die virtuelle Leitachse bewegt sich ideal <strong>und</strong> fehlerfrei. Alle Aggregate an einer<br />

Maschine folgen demselben Sollwert.<br />

Die virtuelle Leitachse eliminiert negative Einflüsse von Torsionselastizitäten <strong>und</strong><br />

Getriebespiel auf die Druckqualität.<br />

Stördrehmomente aus einzelnen Baugruppen, z.B. aus Falzapparaten oder<br />

Schneidewalzen, werden nicht mehr über die Wellen an die Druckwerke weitergeleitet.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Heutige Antriebstechnik im Druckbereich<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Dezentrale Einzelantriebe<br />

an den Baugruppen<br />

Direktantriebe<br />

treiben einzelne Walzen


Gliederung<br />

Eine effektive Lösung setzt voraus:<br />

Leistungsfähige Antriebe<br />

Verbindung von Motion <strong>und</strong> <strong>SPS</strong>-Technik (PLCOpen)<br />

Vorgefertigte Baugruppen in Hard- <strong>und</strong> Software<br />

Standardisierung<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Komponenten<br />

(Versorgungseinheit, Antriebsregler, Servomotor)<br />

Versorgungeinheit<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Antriebsregler<br />

Servomotoren<br />

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Kompaktgerät =<br />

Versorgungseinheit +<br />

Antriebsregler


Aufbau des gesamten Antriebssystems<br />

Versorgungseinheit (mit <strong>und</strong> ohne Rückspeisefähigkeit),<br />

Antriebsregler mit Leistungsteil <strong>und</strong> Steuerelektronik (Regler)<br />

Ein- oder Zweiachs-Ausführung, (Strom-Istwert)<br />

Permanenterregter Servomotor (oder Linearmotor) (Lage-Istwert)<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Aufbau des Servomotors<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Gehäusemotor<br />

mit internem Datenspeicher für<br />

Motordefault-Daten<br />

- Spitzenstrom<br />

- max. Dauerstrom<br />

- max. Drehzahl<br />

- Motortyp....<br />

wahlweise absolute oder relative<br />

optische Positionsdatenerfassung<br />

- 4194 304 je Umdrehung<br />

- relativ = 1 Motor-Umdrehung<br />

- absolut = 4096 Motor-<br />

Umdrehungen


Prinzip der Positionsdatenerfassung (Lage)<br />

Auswertung der Position erfolgt beim Einschalten des Motors (grün), 1 von 512<br />

Auflösung pro Umdrehung (rot): 512* 2 13 = 4 194 304<br />

Beim Absolutwertgeber: Spezialgetriebe 1 : 16 : 256 : 4096 mit 3 Zusatzscheiben<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Prinzip der Positionsdatenerfassung (Lage)<br />

Indirekte<br />

Winkelmessung<br />

Lastseitiges Messen<br />

Lastseitiges Messen<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Antrieb (Anbaumotor)<br />

mit hochauflösenden optoelektronischen<br />

Gebern (4.194.304 /U)<br />

Antriebe mit Untersetzungsgetriebe,<br />

externer Geber, lastseitig,<br />

rotatorisch oder linear<br />

Direktantrieb,<br />

externer Geber, lastseitig,<br />

rotatorisch oder linear<br />

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Elektrischer Antrieb zur Bewegungssteuerung mit Getriebe + Lineargetriebe<br />

Arbeitsblatt Motion Control, Prof. Janschek<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Prinzipschaltung der Steuerelektronik (Regler)<br />

Lage- oder drehzahlgeregelter Antrieb mit unterlagerter Stromreglung<br />

Zugriff auf Daten über „Parameter“<br />

„S“ (SERCOS), „P“ (product), „A“ (axis), „C“ (control)<br />

kritische Parameter sind schreibgeschütz oder mit Master-Passwort<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Gliederung<br />

Eine effektive Lösung setzt voraus:<br />

Leistungsfähige Antriebe<br />

Verbindung von Motion <strong>und</strong> <strong>SPS</strong>-Technik (PLCOpen)<br />

Vorgefertigte Baugruppen in Hard- <strong>und</strong> Software<br />

Standardisierung<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Verbindung von Motion <strong>und</strong> <strong>SPS</strong>-Technik (PLCOpen)<br />

Notwendigkeit, aus der Sicht eines Anwenders -analog zum <strong>SPS</strong>-Standard<br />

EN 61131-3- eine einheitliche Handlungsplattform zu schaffen<br />

Beitritt diverser Industrieunternehmungen zur PLCOpen, mit dem Ziel, eine<br />

einheitliche PLC-Motion-Plattform in unterschiedliche Ausbaustufen zu<br />

definieren:<br />

Bausteine, die eine Achse bedienen<br />

- geschwindigkeitsgeregelt (Continuous Motion)<br />

- lagegeregelt (Discrete Motion)<br />

Bausteine, die mehrere Achsen koordinieren (Synchronized Motion)<br />

- Getriebe<br />

- Kurvenscheiben<br />

Technologiebausteine aus der Erfahrung häufig wiederkehrender<br />

Prozesse<br />

Sinnvollerweise sollte ein einheitliches Fehlerhandling definiert werden<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Verallgemeinerter Bewegungsablauf, Fahrt von S a <strong>nach</strong> S b ,<br />

Arbeitsblatt Motion Control, Prof. Janschek<br />

s(t): Lage (position)<br />

v(t): Geschwindigkeit (velocity)<br />

a(t): Beschleunigung (acceleration, deceleration)<br />

b(t): Ruck (jerk)<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Definition des Verhaltens einer realen Achse<br />

(Zustandsdiagramm)<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Standstill<br />

MC_Power,<br />

Leistungszuschaltung<br />

Continuous Motion, Stopping<br />

MC_MoveVelocity,<br />

Bewegung mit konstanter<br />

Geschwindigkeit<br />

MC_Stop,<br />

aktiver Stop der Achse<br />

Errorstop<br />

MC_Reset<br />

Discrete Motion<br />

MC_MoveAbsolute,<br />

Fahre zu absoluter Position<br />

MC_MoveRelative,<br />

Füge zu aktueller Position Distanz hinzu<br />

MC_MoveAdditive,<br />

Verlängere laufende Fahrt um Distanz<br />

Synchronized Motion<br />

MC_GearIn, MB_GearInPos, MC_GearOut<br />

Getriebe, geschwindigkeits- <strong>und</strong> lagesynchron<br />

MC_CamIn, MC_CamOut<br />

Kurvenscheibe


MC_Power - Leistungszuschaltung<br />

Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

Enable BOOL Solange "Enable" TRUE ist, ist die Leistung zugeschaltet<br />

Status BOOL tatsächlicher Zustand der Leistungszuschaltung<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Der Funktionsbaustein steuert die Leistungszuschaltung (ein oder aus). Sie benötigen für<br />

jede reale Achse eine separate Instanz dieses Bausteines.<br />

Der eingeschaltete Baustein ist die Voraussetzung für jede Bewegung, Beschleunigung<br />

oder Bremsung.<br />

Ein Sondersituation ergibt sich beim Baustein MC_Stop. Hier wird die Position durch den<br />

Antrieb aktiv gehalten. Damit kann bei aktivem MC_Stop der Baustein MC_Power nicht<br />

abgeschaltet werden.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


AXIS_REF (Adresse der Achse)<br />

AXIS_REF ist eine Struktur, die Informationen zur korrespondierenden Achse enthält. Die<br />

Informationsübergabe erfolgt per VAR_IN_OUT an alle IndraMotion-Funktionsbausteine, die<br />

in der “ML_PLCopen.lib" definiert sind.<br />

Die Information wird für jede konfigurierte Achse als Instance dieser Struktur unter dem<br />

Namen der Achse als „Globale Daten“ bereit gestellt.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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MC_MoveVelocity<br />

- Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Bewegung bei steigenden Flanke<br />

Velocity REAL Maximalwert der Geschwindigkeit (muss nicht unbedingt erreicht werden) [u/s].<br />

Acceleration REAL Beschleunigung (stets +) (Erhöhung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

Deceleration REAL Abbremsung (stets +) (Verminderung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

VAR_OUTPUT InVelocity BOOL Geschwindigkeit erreicht (erstmals erreicht)<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Dieser Funktionsbaustein steuert eine "niemals endende" Bewegung mit der jeweils<br />

festgelegten Geschwindigkeit. Um die Bewegung zu stoppen, muss der FB durch einen<br />

anderen FB, der ein neues Kommando ausgibt, unterbrochen werden.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_MoveVelocity - Zeitabläufe<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

Abbruch der Bewegung durch<br />

Fremdbaustein/ -instanz


MC_Stop - aktiver Stop der Achse<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Aktion bei steigenden Flanke<br />

Deceleration REAL Abbremsung (stets +) (Verminderung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Stillstand erreicht<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Der Funktionsbaustein realisiert einen gesteuerten Bewegungsstop <strong>und</strong> überführt die Achse<br />

in den Zustand “Stopping”. Dies stoppt jede beliebige Funktionsbausteinabarbeitung. Mit<br />

dem Setzen des "Done"-Ausgangs, ist der Stillstand erreicht.<br />

Die Position wird aktiv gehalten. Solange die Achse im Zustand "gestoppt" ist, kann kein<br />

anderer FB irgend eine Bewegung mit der gleichen Achse durchführen.<br />

Im Zustand "Stopping" ist es nicht möglich, die Leistung (MC_Power) der Achse<br />

abzuschalten. Wird das Enable der MC_Power-Instanz deaktiviert, bleibt dessen Status<br />

trotzdem, bis das Execute der MC_Stop-Instanz gleichfalls deaktiviert wird, eingeschaltet.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_Stop - Zeitabläufe<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

(Dominantes) Abbremsen einer<br />

Bewegung mit MC_Stop mit<br />

<strong>nach</strong>folgendem „aktiven“ Halten


Minischaltung „<strong>SPS</strong> steuert Achse“<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Verhalten der PLCopen-FBs (Enable/Execute)<br />

Anwendung in MC_ReadActualPosition, MC_ReadStatus,<br />

MC_ReadAxisError, MB_ReadParameter.<br />

Gilt nicht für MC_Power!<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Gilt außer für Done auch für InVelocity, InGear, InSync<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Beispiele für lineare <strong>und</strong> rotatorische Bewegungen<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Verallgemeinerter Bewegungsablauf, Fahrt von S a <strong>nach</strong> S b ,<br />

Arbeitsblatt Motion Control, Prof. Janschek<br />

s(t): Lage (position)<br />

v(t): Geschwindigkeit (velocity)<br />

a(t): Beschleunigung (acceleration, deceleration)<br />

b(t): Ruck (jerk)<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


PLCopen-FBs, „Discrete Motion“<br />

Bausteine dienen der Steuerung von Bewegungsabläufen von einer<br />

Startposition zu einer Zielposition<br />

MC_MoveAbsolute,<br />

Bewegung zu einer konkreten absolut vorgegebenen Position.<br />

MC_MoveRelative,<br />

Bewegung relativ zu seiner Position zum Zeitpunkt der Aktivierung<br />

MC_MoveAdditive,<br />

Bewegung relativ zu seiner vorher vorgegebenen Zielposition<br />

Hinweis:<br />

Voreinstellung für Form der Lagedaten einer Achse können sein<br />

Modulo z.B. 360°<br />

Absolut<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_MoveAbsolute - Fahre zur vorgegebenen Position<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Bewegung bei steigenden Flanke<br />

Position REAL Zielposition für die Bewegung<br />

Velocity REAL Maximalwert der Geschwindigkeit (muss nicht unbedingt erreicht werden) [u/s].<br />

Acceleration REAL Beschleunigung (stets +) (Erhöhung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

Deceleration REAL Abbremsung (stets +) (Verminderung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Gewünschte Position erreicht<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Dieser Funktionsbaustein steuert die Bewegung zu einer konkreten absolut<br />

vorgegebenen Position.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_MoveAbsolute - Zeitabläufe<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Bewegung,<br />

zu absolut vorgegebener Position<br />

Es läuft MC_MoveAbsolute_1,<br />

von Position 100<br />

<strong>nach</strong> Zielposition 1000<br />

Auf Position 200 wird MC_MoveAbsolute_2<br />

gestartet, Position 300<br />

Resultat: 300<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_MoveRelative - addiere Distanz zur aktuellen Position<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Bewegung bei steigenden Flanke<br />

Distance REAL Relativentfernung für die Bewegung (+/-)<br />

Velocity REAL Maximalwert der Geschwindigkeit (muss nicht unbedingt erreicht werden) [u/s].<br />

Acceleration REAL Beschleunigung (stets +) (Erhöhung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

Deceleration REAL Abbremsung (stets +) (Verminderung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Gewünschte Position erreicht<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Dieser Funktionsbaustein führt eine Bewegung relativ zu seiner Position zum Zeitpunkt<br />

der Aktivierung aus.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_MoveRelative - Zeitabläufe<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

Bewegung,<br />

relativ zur Position zum Zeitpunkt der<br />

Aktivierung<br />

Es läuft MC_MoveAbsolute_1,<br />

von Position 100<br />

<strong>nach</strong> Zielposition 1000<br />

Auf Position 200 wird MC_MoveRelative_1<br />

gestartet, Distanz 300<br />

Resultat: 500


MC_MoveAdditive - addiere Distanz zur Zielposition<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Bewegung bei steigenden Flanke<br />

Distance REAL Relativentfernung für die Bewegung (+/-)<br />

Velocity REAL Maximalwert der Geschwindigkeit (muss nicht unbedingt erreicht werden) [u/s].<br />

Acceleration REAL Beschleunigung (stets +) (Erhöhung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

Deceleration REAL Abbremsung (stets +) (Verminderung der Energie des Motors) [u/s²]<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Gewünschte Position erreicht<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Dieser Funktionsbaustein führt eine Bewegung relativ zu seiner vorher vorgegebenen<br />

Zielposition aus.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


MC_Additive - Zeitabläufe<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

Bewegung,<br />

relativ zur vorher vorgegebenen<br />

Zielposition<br />

Es läuft MC_MoveAbsolute_1<br />

von Position 100<br />

<strong>nach</strong> Zielposition 1000<br />

Auf Position 200 wird MC_MoveAdditive_1<br />

gestartet, Distanz 300<br />

Resultat: 1300


MC_Reset - Rücksetzen der Fehler der konkreten Achse<br />

VAR_IN_OUT Axis AXIS_REF enthält Informationen zur konkreten Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Startet die Bewegung bei steigenden Flanke<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Rücksetzen erfolgreich<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Der Funktionsbaustein realisiert den Übergang vom Zustand "ErrorStop" in<br />

den Zustand "StandStill" durch Rücksetzen aller achsinternen Fehler.<br />

Die Ausgänge der Funktionsbausteininstanzen, die den/die Fehler angezeigt<br />

haben, werden dabei nicht beeinflusst.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Verbindung von Motion <strong>und</strong> <strong>SPS</strong>-Technik (PLCOpen)<br />

Notwendigkeit, aus der Sicht eines Anwenders -analog zum <strong>SPS</strong>-Standard<br />

EN 61131-3- eine einheitliche Handlungsplattform zu schaffen<br />

Beitritt diverser Industrieunternehmungen zur PLCOpen, mit dem Ziel, eine<br />

einheitliche PLC-Motion-Plattform in unterschiedliche Ausbaustufen zu<br />

definieren:<br />

Bausteine, die eine Achse bedienen<br />

- geschwindigkeitsgeregelt (Continuous Motion)<br />

- lagegeregelt (Discrete Motion)<br />

Bausteine, die mehrere Achsen koordinieren (Synchronized Motion)<br />

- Getriebe<br />

- Kurvenscheiben<br />

Technologiebausteine aus der Erfahrung häufig wiederkehrender<br />

Prozesse<br />

Sinnvollerweise sollte ein einheitliches Fehlerhandling definiert werden<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Vorgefertigte Baugruppen in Hard- <strong>und</strong> Software<br />

Eine effektive Nutzung der Antriebstechnik setzt eine baugruppenorientierte<br />

(wiederverwendbare) Technik voraus<br />

Analyse der Hauptanwendungen auf derartige Module z.B.:<br />

Elektronisches Getriebe<br />

ϕ Leit<br />

ϕ Folge<br />

Ersatz von mechanischen Getrieben<br />

oder Zahnriemenübertragungen durch<br />

spielfreie elektronische Getriebe<br />

Übersetzung: 1:65535 bis 65535:1<br />

Parametrierung durch zwei ganze<br />

Zahlen. (Analog zu den Zähnezahlen)<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

Drehzahl-Variator-Getriebe<br />

ϕ Master<br />

Variator- Getriebe<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

ϕ Follow<br />

Kontinuierlicher Getriebefeinabgeich,<br />

Schrittweite 10 -2 %.<br />

Definierter Schlupf zwischen der Bahn <strong>und</strong><br />

einer Walze oder eine definierte Streckung<br />

des Papiers


MC_GearIn / MC_GearOut - Getriebefunktionalität<br />

VAR_IN_OUT Master AXIS_REF enthält Informationen zur Master-Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

Slave AXIS_REF enthält Informationen zur Slave-Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Start Getriebefunktion mit geschwindigkeitssynchronem Lauf (0-1-Flanke)<br />

RatioNumerator UINT Getriebeübersetzungsverhältnis - Zähler 1...65535; default: 1<br />

RatioDenominator UINT Getriebeübersetzungsverhältnis - Nenner 1...65535; default: 1<br />

MasterFineadjust REAL "Feinabgleich Getriebeübersetzung": -799,9999%...799,9999%, default: 0.0<br />

VAR_OUTPUT InGear BOOL Getriebe läuft geschwindigkeitssynchron<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Funktionsbaustein realisiert eine elektronische Getriebefunktion mit Feinabgleich.<br />

Übersetzung: (RatioNumerator/ RatioDenominator) * (1 + MasterFineadjust)<br />

Ziel ist ein geschwindigkeitssynchroner Lauf zwischen Master- <strong>und</strong> Slave-Achse.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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MC_GearIn / MC_GearOut - Getriebefunktionalität<br />

VAR_IN_OUT Slave AXIS_REF enthält Informationen zur Slave-Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Abschalten Getriebefunktion mit geschwindigkeitssynchronem Lauf (0-1-Flanke)<br />

VAR_OUTPUT Done BOOL Getriebefunktion abgeschaltet, Slave läuft mit gleicher Geschwindigkeit weiter<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Funktionsbaustein schaltet die elektronische Getriebefunktion ab.<br />

Überführen der Slave-Achse in die Betriebsart "Continuous Motion" unter Beibehaltung<br />

des letzten Geschwindigkeitswertes, für den Fall, dass kein anderes Kommando ansteht.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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MB_GearInPos / MC_GearOut - Getriebefunktionalität<br />

VAR_IN_OUT Master AXIS_REF enthält Informationen zur Master-Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

Slave AXIS_REF enthält Informationen zur Slave-Achse AXIS_REF (STRUCT)<br />

VAR_INPUT Execute BOOL Start Getriebefunktion mit geschwindigkeitssynchronem Lauf (0-1-Flanke)<br />

RatioNumerator UINT Getriebeübersetzungsverhältnis - Zähler 1...65535; default: 1<br />

RatioDenominator UINT Getriebeübersetzungsverhältnis - Nenner 1...65535; default: 1<br />

MasterFineadjust REAL "Feinabgleich Getriebeübersetzung": -799,9999%...799,9999%, default: 0.0<br />

SyncMode MC_SYNC_DIRECTION 0:= kürzeste Entfernung, 1:= positive Richtung, 2:= negative Richtung<br />

StartMode MC_START_MODE 0:= absolut, 1:= relative<br />

VAR_OUTPUTInSync BOOL Getriebe läuft lagesynchron<br />

CommandAborted BOOL Kommandoabbruch durch <strong>nach</strong>folgendes Kommando<br />

Error BOOL Zeigt an, dass in der FB-Instanz ein Fehler aufgetreten ist<br />

Funktionsbaustein realisiert eine elektronische Getriebefunktion mit Feinabgleich.<br />

Übersetzung: (RatioNumerator/ RatioDenominator) * (1 + MasterFineadjust)<br />

Ziel ist ein lagesynchroner Lauf zwischen der Master- <strong>und</strong> der Slave-Achse.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Automatische Werkstückübergabe in einer Zweispindeldrehmaschine<br />

<strong>nach</strong> [Schönfeld 1998], [VDI, VDE 3684], Arbeitsblatt Motion Control, Steuerung diskreter Prozesse 2<br />

Zielstellung<br />

Zur Verkürzung der Fertigungszeit wird das Umspannen des Werkstückes<br />

(nötig zur Bearbeitung beider Enden) bei laufenden Spindeln bei synchroner Drehzahl<br />

durchgeführt.<br />

Damit erspart man sich jeweils den Ab- <strong>und</strong> Hochlauf der Spindeln.<br />

Anlagenschema<br />

ω<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

1<br />

Spindel 1 Spindel 2<br />

SF1<br />

M1 Werkstück<br />

M2<br />

SF ... Spannfutter<br />

Verfahrachse<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.<br />

SF2<br />

M3<br />

ω<br />

2<br />

z


Gliederung<br />

Eine effektive Lösung setzt voraus:<br />

Leistungsfähige Antriebe<br />

Verbindung von Motion <strong>und</strong> <strong>SPS</strong>-Technik (PLCOpen)<br />

Vorgefertigte Baugruppen in Hard- <strong>und</strong> Software<br />

Standardisierung<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Einfache Schlaufenregelung als Technologie-FB<br />

Schnittstelle<br />

Der Funktionsbaustein für die Schlaufenregelung wirkt ausschließlich auf den Antrieb für<br />

die Materialzufuhr.<br />

Die gewünschte Materialgeschwindigkeit wird vorgegeben.<br />

Es wird versucht, die Schlaufe in einem definierten Fenster zu halten (Min/Max-Wert),<br />

Minimale <strong>und</strong> maximale Geschwindigkeit in % von gewünschter Materialgeschwindigkeit<br />

vorgebbar.<br />

Optionale Erfassung des Coildurchmessers mit einem Sensor.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Einfache Schlaufenregelung als Technologie-FB<br />

Algorithmus<br />

Bei Erreichen des Min-Kontaktes wird die Geschwindigkeit des Coils auf die am Baustein<br />

anliegende Maximalgeschwindigkeit erhöht, um eine größere Schlaufe aufzubauen.<br />

Wird der Min-Kontakt innerhalb der Fehlerreaktionszeit "Te" wieder in Richtung Max-<br />

Kontakt verlassen, so wird noch für die Nachhaltezeit "Ta" mit der erhöhten<br />

Geschwindigkeit gefahren, um dann wieder mit der vorgegebenen<br />

Durchschnittsgeschwindigkeit weiterzufahren.<br />

Vergrößert sich die Schlaufe so weit, dass der Max-Kontakt anspricht, so wird die<br />

Geschwindigkeit auf die am Baustein anliegende Minimalgeschwindigkeit reduziert.<br />

Bei Verlassen des Max-Kontaktes innerhalb der Fehlerreaktionszeit "Te" fährt der Antrieb<br />

noch für die Zeit "Ta" mit reduzierter Geschwindigkeit weiter. Da<strong>nach</strong> wird wieder mit der<br />

vorgegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit weitergefahren.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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Einfache Schlaufenregelung als Technologie-FB<br />

Fehlerbetrachtung<br />

Steht der Min-Kontakt für eine Zeit größer "Te" immer noch an, so wird ein<br />

Fehler generiert <strong>und</strong> mit gleicher Geschwindigkeit weitergefahren.<br />

Dieser Zustand bleibt so lange bestehen, bis der Kontakt wieder verlassen wird.<br />

Hier<strong>nach</strong> fährt der Antrieb noch für die Nachhaltezeit "Ta" mit der erhöhten <strong>und</strong><br />

da<strong>nach</strong> mit der vorgegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit.<br />

Bleibt hingegen der Max-Kontakt für die Zeit "Te" anstehen, so wird die<br />

Geschwindigkeit auf Null reduziert.<br />

Schaltet der Max-Kontakt wieder, so bleibt der Antrieb weiter für die Zeit "Ta"<br />

stehen, um dann wieder auf die vorgegebenen Durchschnittsgeschwindigkeit<br />

"Vm" zu beschleunigen <strong>und</strong> mit dieser Geschwindigkeit weiterzufahren.<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- <strong>und</strong> Weitergaberecht, bei uns.


Einfache Schlaufenregelung als Technologie-FB<br />

Arbeitsschritte<br />

Technologisches Schema erstellen<br />

Schnittstelle definieren (Variablen deklarieren)<br />

Algorithmus (fehlerfreier Betrieb) erarbeiten<br />

Strategie bei fehlerhafter Arbeitsweise ausarbeiten<br />

Algorithmus (fehlerfreier Betrieb) in Ablauf überführen<br />

erst grob, dann Details<br />

erst Schritte / Transitionen, dann Aktionen<br />

Implementationssprache: was man am besten kann... FBS/ST<br />

Anzeige des aktuellen Zustands temporär am Ausgang des FBs<br />

Test<br />

Ablauf um Fehlerverhalten erweitern<br />

Optimierung, Vorgabe sinnvoller Grenzen der Werte<br />

Dokumentation erstellen<br />

Electric Drives and Controls Dr. V. Hammer; 2006-05-16<br />

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